Secado

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE COACALCO

SECADO

RIVERA FRANCO VIRIDIANA

GOMEZ GOMES TAGLE RAUL

ING. QUIMICA

8811

Practica: Secado

Objetivo:

Conocer la operación unitaria del Secado y sus componentes y que se aplicada en la resolución de problemas.

Secado

Consiste en separar pequeñas cantidades de agua u otro líquido de un material sólido con el fin de reducir el contenido de líquido residual hasta un valor aceptablemente. El secado es habitualmente la etapa final de una serie de operaciones. Constituye uno de los métodos que permite separar un líquido de un sólido.

Entendiéndose por secado la separación de la humedad de los sólidos (o de los líquidos) por evaporación en una corriente gaseosa.

Humedad

El contenido de humedad de un sólido puede expresarse en base seca o en base húmeda. Contenido de humedad, base seca: x

Humedad de Equilibrio

Humedad del sólido cuando su presión de vapor se iguala a la presión de vapor del gas. Es decir, humedad del sólido cuando está en equilibrio con el gas. Si la humedad del sólido es mayor que la de equilibrio, el sólido se seca, pero si es menor absorberá agua del aire hasta que alcance el equilibrio.

HUMEDADES

Pv sólido> Pv atm à Evaporación y secado

Pv sólido < Pv atm à El sólido adquiere humedad

Pv sólido = Pv atm à Condiciones de equilibrio

Humedad ligada o agua ligada

Es el valor de la humedad de equilibrio del sólido en contacto con aire saturado; o bien la humedad mínima del sólido necesaria para que éste deje de comportarse como higroscópico.

Humedad desligada o agua desligada

Es la diferencia entre la humedad del sólido y la humedad ligada; o bien la humedad libre del sólido en contacto con aire saturado. Si el sólido tiene humedad desligada se comportará como húmedo.

Tipos de Secado

Secado por lotes

Cuando el material que se introduce en el equipo de secado, el proceso se verifica por un periodo de tiempo, es una operación relativamente cara, en consecuencia se limita a operaciones a pequeña escala, a plantas piloto y a trabajos de investigación.

Secado Continúo

Donde el material se añade sin interrupción al equipo de secado, se obtiene material seco con régimen continuo. Generalmente es equipo es pequeño en comparación con la cantidad de producto, la operación se integra fácilmente con la producción química continua, sin necesidad de almacenamiento intermedio, el producto final tiene un contenido más uniforme de humedad y el costo de secado por unidad de producto es relativamente pequeño.

Según el método de obtención de calor necesario para la evaporación de la humedad es:

• Directo (Aire)

• Continuo

• Discontinuo

• Indirecto (fuente térmica)

Secado Directo

El calor se obtiene completamente por contacto directo de la sustancia con el gas caliente en el cual tiene lugar la evaporación. En muchos de los secadores directos continuos, el sólido se mueve a través del secador, mientras está en contacto con una corriente móvil de gas, el gas y el sólido puede fluir en paralelo o contra corriente, así mismo el gas puede fluir tangencialmente a la trayectoria del sólido. Si el calor no se proporciona dentro del secador ni se pierde hacia el entorno la operación es adiabática: entonces, el gas perderá calor sensible y se enfriara mientras la humedad evaporada absorbe calor latente de la evaporación.

Si el calor se proporciona dentro del secador, el gas puede mantenerse a temperatura constante.

En los secadores directos por lotes, el sólido puede arreglarse en lechos delgados sostenidos por mallas, de forma que aire u otros gases puedan pararse a través de los lechos. Un aparato típico para este propósito es un secador por lotes de circulación trasversal. Otro tipo de arreglo es el secado por lotes de circulación tangencial, donde el gas o aire caliente fluyen tangencialmente a la posición del sólido.

Secado Indirecto

El calor se obtiene independientemente del gas que se utiliza para acarrear la humedad evaporada. Por ejemplo, el calor puede obtenerse por conducción a través de una pared metálica con contacto con la sustancia o, con menos frecuencia, por exposición de la sustancia a radiación infrarroja o calentamiento dieléctrico. En este último caso, el calor se genera dentro del solido mediante un campo eléctrico de alta frecuencia.

Secado por Congelación (Secado por Sublimación)

Las sustancias que no pueden calentarse ni siquiera a temperaturas moderadas, como alimentos y criterios fármacos, pueden secarse mediante este método. La sustancia que se va a secar generalmente se congela mediante exposición a aire muy frio y se coloca en una cámara de vacío, en donde la humedad se sublima y se bombea mediante eyectores de vapor o bombas mecánicas de vacío.

Secado según la naturaleza de la sustancia

La sustancia puede ser un sólido rígido, frágil o fuerte como madera, o un material flexible como tela o papel, un sólido granular como una masa de cristales, una pasta ligera o un lodo ligero o una solución. La forma física de la sustancia y los diferentes métodos de manejo necesarios tienen tal vez, la mayor influencia sobre el método de secado y el secador que se va a utilizar.

Tipos

Secaderos de calentamiento directo

 Secaderos de bandejas

 Secaderos de lecho fluidizado

 Secaderos de túnel

 Secaderos de cama vibratoria

 Secaderos sprays.

 Secaderos rotatorios

Secaderos de calentamiento indirecto

 Secaderos de bandejas al vacío

 Secaderos de bandejas a presión atmosférica

 Secaderos por congelación

 Secaderos de tambor

 Secaderos con circulación a través del lecho

Secaderos de Calentamiento Directo

Secadero en bandejas

El secado se produce por la circulación de aire caliente sobre bandejas que contienen material húmedo.

Secadero de lecho fluidizado

La suspensión, introducida por medio de la tobera de pulverización en la cámara de producto, da lugar a la formación de las partículas fluidizadas hasta que se vuelven a caer en el lecho fluidificado debido a su peso.

Secaderos de túnel

Consiste en un túnel que puede tener hasta un poco mas de 20 m de longitud con una sección transversal rectangular de, más o menos, hasta 2 por 2 m.

Secadores Rotatorios

Consiste en una coraza cilíndrica sostenida sobre engranes, de manera que pueda girar sobre su propio eje. Tiene una tubería que impulsa a los sólidos alimentados para que fluyan hasta la salida del secador al mismo tiempo que los remueve para lograr un mejor secado de los mismos.

Secaderos Sprays o por Atomización.

El secado por atomización es una operación básica especialmente indicada para el secado de disoluciones y suspensiones.

Secaderos horizontales

Se utiliza para productos que no pueden verse sometidos a fuertes incrementos de temperatura y que no pueden desmenuzarse ni trocearse, ni recibir una manipulación violenta. Consisten en un arrastrador metálico encerrado en un túnel por el que se introduce el fluido térmico de secado.

Secadero de flujo transversal

La corriente de aire caliente fluye desde los costados del túnel. Los hay que proveen calor desde un solo lateral, no son los mas convenientes, y los que suministran calor desde ambos lados del túnel y a lo largo del recorrido.

Secaderos de Calentamiento Indirecto

Secador de tambor rotatorio

Consta de un tambor de metal calentado, en las paredes se evapora el líquido, mientras una cuchilla metálica, raspa lentamente el sólido, para que descienda por el tambor, hasta la salida.

Este tipo de secadores son típicos del trabajo con pastas, suspensiones, y soluciones. El tambor resulta como un híbrido entre un secador y un evaporador.

Secador al vacío

Secado por lotes, funciona de manera similar al secador de bandejas.

Formado por un gabinete de hierro con puertas herméticas, para trabajar al vacío y de anaqueles dónde se colocan las bandejas con los materiales húmedos. Estos secadores pueden ser utilizados para secar materias termolábiles, como lo son algunos materiales biológicos y en ocasiones los farmacéuticos.

La conducción de calor en este tipo de secadores es por radiación desde las paredes metálicas del secador. La humedad extraída del material es recogida por un condensador dispuesto en el interior.

Aplicaciones

 Procesos de granulación húmeda (elaboración de cápsulas, polvos o tabletas).

 Producción de algunos materiales (hidróxido de aluminio, lactosa seca y extractos en polvo).

 Reducción del volumen y peso de los materiales (disminución del costo por transporte y almacenamiento).

 Conservación y estabilidad de productos animales y vegetales para disminuir el crecimiento de hongos y bacterias.

 Volver a un producto más estable (polvos higroscópicos, sales efervescentes, aspirina, penicilinas y ácido ascórbico). Una vez eliminada el agua, el producto se mantiene a bajos niveles de humedad con ayuda de agentes desecantes o por impermeabilidad del empaque.

PROBLEMA

Arena húmeda se seca en un túnel de secado a contracorriente.

Masa de arena 100% seca, Mdm= 450 Kg/h, con humedad absoluta de entrada Xo= 1 Kg agua/Kg arena seca y humedad de salida, Xl=0.2 Kg agua/Kg arena seca.

masa de aire 100% seco ,Mda=20000Kg/h, con temperatura de entrada al túnel ,Ti=90 C, con xi= 0.013 Kg agua/Kgda y humedad salida xo .

El secador es adiabático y se supone que la temperatura de la arena en el interior del túnel es constante e igual a la temperatura de bulbo húmedo del aire que ingresa al túnel. El area de secado efectiva de la arena es de ∝=2 m2/ m de longitud del túnel.

La evaporación ,DR en Kg agua/m2*h , de acuerdo a pruebas de laboratorio:

DR=300*(x tbh-x), siendo x la humedad absoluta dentro del túnel y x tbh la humedad absoluta del aire saturado a la temperatura de bulbo húmedo0.

Se debe calcular la longitud L del túnel de secado y x0.

x tbh se obtiene del diagrama de Mollier transformado (Soininen). De la intersección de Ti=90 C y xl=0.013, se obtiene la temperatura de bulbo húmedo 35 C. Proyectando donde la recta de tbh=35 C (de mayor pendiente que la recta Ti=90 ) intersecta a la curva del 100% de humedad relativa. tenemos

x tbh=0.0365. Nos queda : DR=300*(0.0365-x)

Balance de masas agua y aire, entre la entrada y salida del túnel

Mdm*Xo+Mda*xl=Mdm*Xl+Mda*x0 ;

450*1+20000*0.013=450*0.2+20000*x0 ; resulta x0=0.031 Kg agua/ Kg da debe cumplirse que x0< 0.0365 (xtbh para 35

C) la ecuación diferencial para el balance de agua: (dl, diferencial de longitud) Mda* dx=DR*∝*dl= 300*(0.0365-x)*∝*dl ;

despejando :

dl=(20000*dx)/(300*(0.365-x)*2)=33.33*(dx/0.0365-x) Recordar que:

∫(dx/x)=lnx+ cte , la integral tiene como límite inferior x0=1 y como límite superior xl=0.2 L=33.33*(-∫(-dx/(0.365-x))0; resolviendo la integral entre los dos límites:

L=33.33*(-ln((0.0365-0.2)/(0.0365-1)))= 33.33*(ln((0.0365-1)/(0.0365-0.2)))=

L=59 metros

En un secador adiabático, se cumple di/dx=(ibh-i )/(xbh-x)=cw*tbh , siendo cw calor específico.

Conclusiones

Podemos concluir que los secadores son muy útiles en la industria gracias a las muchas ventajas que tienen, nos podrá poner algunas limitaciones por el tipo de mezclas que utiliza, con respecto al costo podría considerarse bajo por el tipo de proceso en el cual se usa, son más los beneficios que nos otorga, ya que cabe resaltar que para un secador su mayor ventaja es que nuestro producto sale sin ningún tipo de contaminante, y al mismo algunos tipos de secadores nos mantienen la producción continua.

La investigación realizada nos arrojó los siguientes resultados comprobados que se muestran en el trabajo de diferentes puntos importantes que cabe resaltar para uso en la industria como lo es:

• Tipos de Secado

• Tipos de Secaderos

• Esquemas de Secadores

• Aplicaciones de Secado

Y a nosotros como equipo de la investigación obtuvimos nuevos conocimientos de este tipo de operación unitaria.

Bibliografía

• Procesos de Separación

Autor: C. Judson King

Editorial: Reverté

• Ingeniería de Procesos de Separación.

Autor: Phillip C. Wankat

Editorial: Pearson

Cibergrafía

• https://procesosbio.wikispaces.com/file/view/SECADO.ppt

• es.scribd.com/doc/.../Diseno-de-un-equipo-para-secado-mecanico

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